DE102018123765A1

DE102018123765A1 - Measuring device and method for analyzing the liquid level of a container filled with an electrically conductive liquid

Info

Publication number: DE102018123765A1
Application number: DE102018123765.0A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: IBB INGENIEURBUERO BECKER GmbH
Current assignee: Ibb Ingenieurbuero Becker GmbH
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2020-03-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (1) zur Analyse des Füllstandes eines mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (9) befüllten Behälters (8), insbesondere eines Elektrolytbehälters einer Batterie, mit einem in einem Gehäuse (2) befindlichen Steuer- und Auswerteeinheit (3). Des Weiteren betrifft die Erfindung zur Analyse des Füllstandes eines mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (9) befüllten Behälters (8) unter Verwendung einer solchen Messvorrichtung (1). Ziel der Erfindung ist es, eine kostengünstigere, weniger störanfällige, beständigere und automatische Analyse des Füllstands von mit elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten (9) gefüllten Behältern (8) zu ermöglichen. Hierzu schlägt die Erfindung vor, dass ein Sensorrohr (6) am Gehäuse (2) anbringbar ist und an dem Sensorrohr (9) eine Vielzahl von Sensorkontakten (7) über die Höhe des Sensorrohres (6) verteilt angeordnet sind, wobei die Sensorkontakte (7) kommunikationstechnisch mit der Steuer- und Auswerteeinheit (3) verbunden sind.The invention relates to a measuring device (1) for analyzing the level of a container (8) filled with an electrically conductive liquid (9), in particular an electrolyte container of a battery, with a control and evaluation unit (3) located in a housing (2). The invention also relates to the analysis of the fill level of a container (8) filled with an electrically conductive liquid (9) using such a measuring device (1). The aim of the invention is to make it possible to analyze the fill level of containers (8) filled with electrically conductive liquids (9) more cheaply, less prone to faults, more consistently and automatically. To this end, the invention proposes that a sensor tube (6) can be attached to the housing (2) and that a plurality of sensor contacts (7) are arranged on the sensor tube (9) over the height of the sensor tube (6), the sensor contacts (7 ) are connected in terms of communication with the control and evaluation unit (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Analyse des Füllstandes eines mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit befüllten Behälters, insbesondere eines Elektrolytbehälters einer Batterie, mit einer in einem Gehäuse befindlichen Steuer- und Auswerteeinheit. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Analyse des Füllstandes eines mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit befüllten Behälters.The invention relates to a measuring device for analyzing the fill level of a container filled with an electrically conductive liquid, in particular an electrolyte container of a battery, with a control and evaluation unit located in a housing. Furthermore, the invention relates to a method for analyzing the fill level of a container filled with an electrically conductive liquid.

Eine solche Messvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 198 19 013 A1 bekannt. Die dort beschriebene Messvorrichtung hat den Vorteil, dass mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit gefüllte Behälter bei der Wartung nicht mehr manuell, beispielsweise auf Sicht, geprüft werden müssen, sondern die Prüfung automatisiert durch die Messvorrichtung durchgeführt wird. Auf diese Weise kann über die Steuer- und Auswerteeinheit ein Signal abgegeben werden, wenn der Füllstand einen Grenzwert über- oder unterschreitet. Die Messvorrichtung verwendet einen Schwimm- bzw. Auftriebskörper zur Messung des Füllstandes. Die in DE 198 19 013 A1 beschriebene Messvorrichtung ist aufgrund von Schwebstoffen beispielsweise in Bleibatterien ungeeignet, um den Füllstand der Behälter zu messen. Damit erfüllt die Vorrichtung zum Beispiel beim Einsatz bei Batteriesystemen in U-Booten nicht ihren Zweck.Such a measuring device is for example from the DE 198 19 013 A1 known. The measuring device described there has the advantage that containers filled with an electrically conductive liquid no longer have to be checked manually during maintenance, for example by sight, but the test is carried out automatically by the measuring device. In this way, a signal can be emitted via the control and evaluation unit if the fill level exceeds or falls below a limit value. The measuring device uses a float or buoyancy body to measure the level. In the DE 198 19 013 A1 The measuring device described is unsuitable due to suspended matter, for example in lead acid batteries, in order to measure the fill level of the containers. The device therefore does not fulfill its purpose, for example when used in battery systems in submarines.

Des Weiteren sind auch mechanische Messvorrichtungen, elektromechanische Lotsysteme, hydrostatische Messvorrichtungen, Differenzdruck-Messvorrichtungen, Wärmeleitfähigkeits-Messvorrichtungen, Kapazitäts-Messvorrichtungen, induktive Messvorrichtungen und optische Messvorrichtungen zur Analyse des Füllstands eines Behälters bekannt.Furthermore, mechanical measuring devices, electromechanical soldering systems, hydrostatic measuring devices, differential pressure measuring devices, thermal conductivity measuring devices, capacitance measuring devices, inductive measuring devices and optical measuring devices for analyzing the fill level of a container are also known.

All diesen Messvorrichtungen ist gemein, dass sie einen komplizierten Sensoraufbau aufweisen und daher in der Praxis zu störanfällig sind und die ausreichende Zuverlässigkeit nicht erreichen, um im Massenmarkt der Batterietechnik wirtschaftlich einsetzbar zu sein. Zudem ist die eingesetzte Technik kostenintensiv. Es ist des Weiteren unerlässlich, dass die Messvorrichtungen auch in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden können.All these measuring devices have in common that they have a complicated sensor structure and are therefore too susceptible to failure in practice and do not achieve sufficient reliability to be economically usable in the mass market of battery technology. In addition, the technology used is cost-intensive. It is also essential that the measuring devices can also be used in potentially explosive areas.

Gerade im Bereich der Batterietechnik muss der Sensoraufbau resistent gegen elektrisch leitfähige Flüssigkeiten sein. Zudem ist es wichtig, dass die Messung nicht durch äußere Störeinflüsse verfälscht wird. Dies ist insbesondere bei sehr sensitiven Messvorrichtungen problematisch. Aus diesem Grund haben sich auch besonders sensitive Messvorrichtungen, die mit Ultraschall oder Mikrowellen arbeiten, als ungeeignet erwiesen.Especially in the field of battery technology, the sensor structure must be resistant to electrically conductive liquids. It is also important that the measurement is not falsified by external interference. This is particularly problematic with very sensitive measuring devices. For this reason, particularly sensitive measuring devices that work with ultrasound or microwaves have proven to be unsuitable.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass diese eine kostengünstigere, weniger störanfällige, beständigere und automatische Analyse des Füllstands von mit elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten gefüllten Behältern ermöglicht.It is therefore an object of the invention to further develop a measuring device of the type mentioned at the outset in such a way that it enables a more cost-effective, less trouble-prone, more stable and automatic analysis of the fill level of containers filled with electrically conductive liquids.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einer Messvorrichtung der eingangs genannten Art vor, dass ein Sensorrohr am Gehäuse anbringbar ist und an dem Sensorrohr eine Vielzahl von Sensorkontakten über die Höhe des Sensorrohres verteilt angeordnet sind, wobei die Sensorkontakte kommunikationstechnisch mit der Steuer- und Auswerteeinheit verbunden sind. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Sensorrohr in den befüllten Behälter eingeführt und mittels der Sensorkontakte die Höhe des Füllstandes ermittelt. Hierbei detektieren die Sensoren, ob sie mit Flüssigkeit benetzt sind oder nicht. Auf diese einfache Weise lässt sich der Füllstand im Behälter feststellen. Je nach Anzahl der Sensoren können somit verschiedenste Füllstande an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt werden. Insbesondere wenn Grenzwerte, also eine Über- oder Unterfüllung detektiert wird, wird dies in der Steuer- und Auswerteeinheit registriert. Die Steuer- und Auswerteeinheit kann ein dementsprechendes Alarmsignal abgeben.To achieve this object, the invention proposes, starting from a measuring device of the type mentioned at the outset, that a sensor tube can be attached to the housing and a plurality of sensor contacts are arranged on the sensor tube distributed over the height of the sensor tube, the sensor contacts being communicative with the control and Evaluation unit are connected. In a method according to the invention, the sensor tube is inserted into the filled container and the level of the fill level is determined by means of the sensor contacts. The sensors detect whether they are wetted with liquid or not. The level in the container can be determined in this simple manner. Depending on the number of sensors, a wide variety of fill levels can thus be transmitted to the control and evaluation unit. This is registered in the control and evaluation unit, in particular when limit values, that is, overfilling or underfilling, are detected. The control and evaluation unit can emit a corresponding alarm signal.

Durch entsprechende Anzahl und Verteilung der Sensorkontakte kann auch die frühzeitige Detektion von drohenden kritischen Füllständen realisiert werden. Schließlich ist bei genügend großer Anzahl und Verteilung der Sensoren ein exakter Füllstand messbar.With the appropriate number and distribution of sensor contacts, the early detection of impending critical fill levels can also be achieved. Finally, with a sufficiently large number and distribution of sensors, an exact level can be measured.

Elektrisch leitfähige Flüssigkeiten sind oftmals äußerst aggressiv. Daher ist es notwendig, dass die Sensorkontakte aus einem robusten und strapazierfähigen Material bestehen, dass unempfindlich gegen die elektrisch leitfähige Flüssigkeit ist, beispielsweise aus Blei. Auch das Sensorrohr besteht aus einem robusten und strapazierfähigen Kunststoff, wie beispielsweise PVC-U. Somit ist die gesamte Messvorrichtung unempfindlich gegen aggressive Flüssigkeiten und insbesondere die empfindliche Elektronik ist durch die Trennung von Sensorrohr und Gehäuse geschützt und droht nicht, durch die Flüssigkeit beschädigt zu werden.Electrically conductive liquids are often extremely aggressive. It is therefore necessary that the sensor contacts consist of a robust and hard-wearing material that is insensitive to the electrically conductive liquid, for example lead. The sensor tube also consists of a robust and hard-wearing plastic, such as PVC-U. The entire measuring device is therefore insensitive to aggressive liquids and in particular the sensitive electronics are protected by the separation of the sensor tube and the housing and do not threaten to be damaged by the liquid.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Sensorkontakte über eine gemeinsame Kommunikationsleitung und einen Multiplexer mit der Steuer- und Auswerteeinheit verbunden sind. Hierdurch müssen die einzelnen Sensorkontakte nicht über einzelne Anschlussleitungen mit der Steuer- und Auswerteeinheit verbunden werden, sondern können im Multiplexbetrieb einzeln, beispielsweise zeitlich sequenziell, angesprochen werden. Durch diese Maßnahme wird Verdrahtungsaufwand eingespart. Auch bei einer Beschädigung der Kommunikationsleitung ist diese einfach austauschbar.A further development of the invention provides that the sensor contacts are connected to the control and evaluation unit via a common communication line and a multiplexer. As a result, the individual sensor contacts do not have to be connected to the control and evaluation unit via individual connecting lines, but can be addressed individually in multiplex mode, for example sequentially in time. Through this Measure saves wiring effort. Even if the communication line is damaged, it can be easily replaced.

Zweckmäßig ist zudem, wenn ein Signalverstärker eingangsseitig mit der Steuer- und Auswerteeinheit verbunden ist. Durch den Signalverstärker lassen sich die gemessenen Signale der Sensorkontakte qualitativ besser auswerten und bewerten.It is also expedient if a signal amplifier is connected on the input side to the control and evaluation unit. With the signal amplifier, the measured signals of the sensor contacts can be better evaluated and evaluated.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sensorkontakte am Außenmantel des Sensorrohres angeordnet sind. Durch diese Anordnung sind die Wartung und gegebenenfalls der Austausch einzelner Sensorkontakte besonders einfach. It is particularly advantageous if the sensor contacts are arranged on the outer jacket of the sensor tube. This arrangement makes maintenance and, if necessary, the replacement of individual sensor contacts particularly easy.

Alternativ oder zusätzlich hierzu, können die Sensorkontakte bei einem zumindest teilweise hohlen, an seiner dem Gehäuse abgewandten Bodenseite offenen Sensorrohr auch am Innenmantel des Sensorrohres angeordnet sein. Bei einem hohlen Sensorrohr bildet sich bei der Messung eine Flüssigkeitssäule im Inneren des Sensorrohres. Die Flüssigkeitssäule im inneren des Sensorrohres ist weniger anfällig gegen äußere Einflüsse, die die Flüssigkeit beispielsweise zum Schwappen bringen, und somit die Messung an den äußeren Sensorkontakten verfälschen könnten.As an alternative or in addition to this, the sensor contacts can also be arranged on the inner jacket of the sensor tube in the case of an at least partially hollow sensor tube which is open on its bottom side facing away from the housing. In the case of a hollow sensor tube, a liquid column forms inside the sensor tube during the measurement. The liquid column in the interior of the sensor tube is less susceptible to external influences, which cause the liquid to slosh, for example, and could thus falsify the measurement on the outer sensor contacts.

Für die weitere Nutzung der gemessenen Daten ist es sinnvoll, wenn am oder im Gehäuse eine Datenschnittstelle angeordnet ist. Über die Datenschnittstelle können die Messwerte der Messvorrichtung ausgelesen werden. Somit können auch die kontinuierlich gemessenen und gespeicherten Werte über einen beliebigen Zeitraum bewertet werden.For the further use of the measured data, it makes sense if a data interface is arranged on or in the housing. The measured values of the measuring device can be read out via the data interface. This means that the continuously measured and stored values can be evaluated over any period of time.

Gerade in weitverteilten Verbundsystemen, wie beispielsweise Stromverteilungsnetzen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Datenschnittstelle fernauslesbar ist. Hierdurch kann eine Echtzeitüberwachung des Behälters gewährleistet werden, sodass bei der Messung von kritischen Füllstanden direkt reagiert werden kann.Especially in widely distributed network systems, such as power distribution networks, it is particularly advantageous if the data interface can be read out remotely. In this way, real-time monitoring of the container can be guaranteed, so that it is possible to react directly when measuring critical fill levels.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

1: Schematisch eine erfindungsgemäße Messvorrichtung in einem Ausführungsbeispiel
2: Schematisch die Messvorrichtung aus 1 bei anderem Füllstand

The invention is explained in more detail below with reference to drawings. It shows:

1 : Schematically a measuring device according to the invention in one embodiment
2nd : Schematic of the measuring device 1 at a different level

In 1 ist eine erfindungsgemäße Messvorrichtung mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Die Messvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf. In dem Gehäuse 2 ist eine Steuer- und Auswerteeinheit 3, beispielsweise ein Mikro-Controller 3, angeordnet. An den Mikro-Controller 3 sind ein Multiplexer 4 und ein Signalverstärker 5 angeschlossen, die jeweils ebenfalls im Gehäuse 2 angeordnet sind. Das Gehäuse 2 ist mit einem Sensorrohr 6 verbunden. Am Innen- der Außenmantel des Sensorrohrs 6 ist eine Vielzahl von Sensorkontakten 7 angeordnet.In 1 is a measuring device according to the invention with the reference numeral 1 featured. The measuring device 1 has a housing 2nd on. In the case 2nd is a control and evaluation unit 3rd , for example a micro controller 3rd , arranged. To the micro controller 3rd are a multiplexer 4th and a signal amplifier 5 connected, each also in the housing 2nd are arranged. The housing 2nd is with a sensor tube 6 connected. On the inside of the outer jacket of the sensor tube 6 is a variety of sensor contacts 7 arranged.

Der Mikro-Controller 3 weist zudem eine Datenschnittstelle 3a auf, über die die Messdaten der Messvorrichtung 1 ausgelesen werden können. Die Datenschnittstelle 3a kann sowohl drahtgebunden über eine Steckerschnittstelle, wie beispielsweise USB oder ähnliches, als auch über eine Drahtlosschnittstelle, beispielsweise über NFC (Near-Field-Communication) oder ähnliches, realisiert werden. Somit können die Messergebnisse direkt an ein übergeordnetes Leitsystem weitergeleitet werden. Eine automatische und je nach Anforderung regelmäßige Messung und Überwachung kann somit einfach realisiert werden.The micro controller 3rd also has a data interface 3a on which the measurement data of the measuring device 1 can be read out. The data interface 3a can be implemented both wired via a plug interface, such as USB or the like, and via a wireless interface, for example via NFC (Near Field Communication) or the like. The measurement results can thus be forwarded directly to a higher-level control system. Automatic and, depending on the requirements, regular measurement and monitoring can thus be easily implemented.

Schließlich ist noch ein Behälter 8 dargestellt, der mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 9, beispielsweise einer Säure, befüllt ist. Hierbei kann es sich etwa um das Elektrolyt einer Batterie handeln.Finally, there is a container 8th shown with an electrically conductive liquid 9 , for example an acid. This can be the electrolyte of a battery, for example.

Für die Messung wird das mit dem Gehäuse 2 verbundene Sensorrohr 6 in eine vorbestimmte Position in den Behälter 8 geführt. Je nach Füllstand des Behälters 8 werden die einzelnen Sensorkontakte 7 am Außenmantel des Sensorrohrs 6 mit der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 8 benetzt. Folglich detektieren die Sensorkontakte 7 im Bereich A einen Kontakt mit der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 9, während die Sensorkontakte 7 im Bereich B keinen Kontakt zur elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 9 detektieren.For the measurement, this is the case 2nd connected sensor tube 6 in a predetermined position in the container 8th guided. Depending on the level of the container 8th the individual sensor contacts 7 on the outer jacket of the sensor tube 6 with the electrically conductive liquid 8th wetted. As a result, the sensor contacts detect 7 in the area A contact with the electrically conductive liquid 9 while the sensor contacts 7 in the area B no contact with the electrically conductive liquid 9 detect.

Wie in 1 dargestellt, werden bei der Messung die einzelnen Sensorkontakte 7 über eine einzige Kommunikationsverbindung 10 abgefragt. Die Abfrage erfolgt sequenziell und wird über den Multiplexer 4 gesteuert. Der Wartungsaufwand wird durch die Vermeidung weiterer Leitungen auf ein Minimum beschränkt. Hier nicht dargestellt, aber auch denkbar, ist es, die einzelnen Sensorkontakte über separate Verbindungen direkt durch den Mikro-Controller 3 abzufragen. Die abgefragten Sensorwerte werden über den Signalverstärker 5 an den Mikro-Controller 3 weitergeleitet. Durch die Verstärkung lassen sich die Signale besser bewerten und interpretieren.As in 1 shown, the individual sensor contacts are shown during the measurement 7 over a single communication link 10th queried. The query takes place sequentially and is via the multiplexer 4th controlled. The maintenance effort is kept to a minimum by avoiding additional lines. Not shown here, but also conceivable, is to connect the individual sensor contacts directly through the microcontroller via separate connections 3rd to query. The queried sensor values are sent via the signal amplifier 5 to the micro controller 3rd forwarded. The amplification makes it easier to evaluate and interpret the signals.

In 2 ist der gleiche Messaufbau wie in 1 dargestellt. Allerdings befindet sich weniger elektrisch leitfähige Flüssigkeit 9 im Behälter 8. Dementsprechend sind lediglich die Sensorkontakte im Bereich C mit der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 9 benetzt, während die Sensorkontakte im Bereich D frei liegen. Je nachdem, ob der abgesunkene Füllstand bereits eine kritische Grenze unterschritten hat oder kurz davor steht, eine solche zu unterschreiten, kann der Mikro-Controller 3 ein Signal direkt oder über die Datenschnittstelle 3a ausgeben, sodass Maßnahmen ergriffen werden können, wie beispielsweise die Flüssigkeit 9 nachzufüllen oder auszutauschen.In 2nd is the same measurement setup as in 1 shown. However, there is less electrically conductive liquid 9 in the container 8th . Accordingly, only the sensor contacts are in area C with the electrically conductive liquid 9 wetted while the sensor contacts in the area D lie free. Depending on whether the level has dropped below a critical limit or is close to falling below it, the microcontroller can 3rd a signal directly or via the data interface 3a output so that measures can be taken, such as the liquid 9 refill or replace.

BezugszeichenlisteReference list

11: MessvorrichtungMeasuring device
22nd: Gehäusecasing
33rd: Steuer- und AuswerteeinheitControl and evaluation unit
44th: Multiplexermultiplexer
55: SignalverstärkerSignal amplifier
66: SensorrohrSensor tube
77: SensorkontakteSensor contacts
88th: Behältercontainer
99: elektrisch leitfähige Flüssigkeitelectrically conductive liquid
1010th: KommunikationsverbindungCommunication link

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant has been generated automatically and is only included for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 19819013 A1 [0002]

Claims

Measuring device (1) for analyzing the level of a container (8) filled with an electrically conductive liquid (9), in particular an electrolyte container of a battery, with a control and evaluation unit (3) located in a housing (2), characterized in that a sensor tube (6) can be attached to the housing (2) and on the sensor tube (6) a plurality of sensor contacts (7) are arranged distributed over the height of the sensor tube (6), the sensor contacts (7) communicating with the control and Evaluation unit (3) are connected.

Measuring device after Claim 1 , characterized in that the sensor contacts (7) are connected to the control and evaluation unit (3) via a single common communication line (10) and a multiplexer (4).

Measuring device after Claim 1 or 2nd , characterized in that a signal amplifier (5) is connected on the input side to the control and evaluation unit (3).

Measuring device according to one of the Claims 1 - 3rd , characterized in that the sensor contacts (7) are arranged on the outer jacket of the sensor tube (6).

Measuring device according to one of the Claims 1 - 4th , characterized in that the sensor tube (6) is at least partially hollow, is open on its bottom side facing away from the housing (2) and the sensor contacts (7) are arranged on the inner jacket of the sensor tube (6).

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that a data interface (3a) is arranged on or in the housing (3).

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the data interface (3a) can be read out remotely.

Method for analyzing the fill level of a container (8) filled with an electrically conductive liquid using a measuring device (1) according to one of the preceding claims, wherein the sensor tube (6) is inserted into the filled container (8) and by means of the sensor contacts (7 ) the level is determined.

Procedure according to Claim 6 , characterized in that the individual sensor contacts are queried sequentially via the multiplexer (4).